八、焊接缺陷及检测方法

八焊接缺陷及检测方法

1．试述金属熔焊焊缝缺陷的分类及表示方法。

根据GB6417-86《金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明》的规定，将金属熔焊焊缝缺陷分为以下几类：

第1类裂纹；第2类孔穴；第3类固体夹杂；第4类未熔合和未焊透；第5类形状缺陷和第6类上述以外的其它缺陷。

本标准按缺陷性质分大类，按其存在的位置及状态分小类，以表格的方式列出。缺陷用数字序号标记。每一缺陷大类用一个三位阿拉伯数字标记，第一缺陷小类用一个四位阿拉伯数字标记。因此，每一数字序号仅适合于某一特定类型的缺陷。例如，1021表示“焊缝横向裂纹”，1023表示“热影响区横向裂纹”等。

2．试述熔焊接头中裂纹的种类及表示方法。

熔焊接头中裂纹的种类及表示方法，见表1。

3．试述熔焊接头中孔穴的种类及表示方法。

熔焊接头中孔穴的种类及表示方法，见表2。

4．试述熔焊接头中固体夹杂的种类及表示方法。

熔焊接头中固体夹杂的种类及表示方法，见表3。

5．试述熔焊接头中未熔合和未焊透的种类及表示方法。熔焊接头中未熔合和未焊透的种类及表示方法，见表4。

熔焊接头中形状缺陷的种类及表示方法，见表5。

7．试述熔焊接头中其它缺陷的种类及表示方法。

熔焊接头中其它缺陷的种类及表示方法，见表6。

表6 其它缺陷的种类及表示方法

8．什么是热裂纹？促使形成热裂纹的因素有哪些？

焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区间产生的焊接裂纹即热裂纹。又称结晶裂纹。其特征是断口呈蓝黑色，即金属在高温被氧化的颜色，裂纹总是产生在焊缝正中心或垂直于焊缝鱼鳞波纹，焊缝表面可见的热裂纹呈不明显的锯齿状，或与焊缝波纹相垂直呈放射状分布。个别情况下，热裂纹也可能出现在热影响区。热裂纹主要发生在杂质含量较多的钢、单相奥氏体钢、镍基合金、铝合金、钼合金等的焊缝金属中。

促使形成热裂纹的因素有：

（1）焊缝金属的化学成分焊缝金属中C、S、P元素较多时，促使形成热裂纹。锰在熔池中能与硫形成MnS进入熔渣，可减少硫的有害作用，适量时可减少焊缝的热裂纹倾向。钢中含铜量过多时，会增大焊缝热裂纹倾向。

（2）焊缝横截面形状焊缝熔宽与厚度的比值越小，即熔宽较小、厚度较大时，容易产生热裂纹。

（3）焊接应力焊件刚性大，装配和焊接时产生较大的焊接应力，会促使形成热裂纹。9．如何防止产生热裂纹？

（1）控制焊缝金属中有害杂质的含量碳素结构钢用焊芯（丝）的含碳量均≤0.10％，硫、磷的含量应≤0.03％，焊接高合金钢时控制更严。

（2）预热能减小焊接熔池的冷却速度，降低焊接应力。随着母材含碳量或碳当量的增加，应适当增高预热温度。

奥氏体不锈钢焊缝不能采用预热的方法来防止产生热裂纹。

（3）采用碱性焊条和焊剂由于碱性焊条和焊剂具有较强的脱硫、磷能力，因此具有较高的抗热裂能力。

（4）适当调整焊接工艺参数焊接工艺参数直接影响焊缝的横断面形状，因此适当减小焊接电流以减少焊缝厚度，有利于提高焊缝的抗裂性能。

（5）采用收弧板焊接终了断弧时，由于弧坑冷却速度较快，常因偏析而在弧坑处形成热

裂纹，即所谓的弧坑裂纹。所以终焊时应逐渐断弧，并填满弧坑。必要时可采用收弧板，将弧坑移至焊件外，此时即使产生弧坑裂纹，也因焊后需将收弧板割掉，并不影响结构本身。10．什么是冷裂纹、延迟裂纹？促使形成冷裂纹、延迟裂纹的因素有哪些？

焊接接头冷却到较低温度下（对于钢来说在Ms温度以下）时产生的焊接裂纹称为冷裂纹。钢的焊接接头冷却到室温后并在一定时间（几小时、几天、甚至十几天）才出现的焊接冷裂纹称为延迟裂纹。

冷裂纹（包括延迟裂纹）主要发生在中碳钢、高碳钢、低合金或中合金高强钢、钛及钛合金的焊接接头中。

冷裂纹多发生在接头热影响区或熔合线上，个别情况下出现在焊缝上。根据冷裂纹产生的部位，可将冷裂纹分为如下三种见图1。

（1）焊道下裂纹在靠近堆焊焊道的热影响区内所形成的焊接冷裂纹。其走向常与熔合线平行，但也有时垂直于熔合线。

（2）焊趾裂纹沿应力集中的焊趾处所形成的焊接冷裂纹。其走向常与焊缝纵向平等，由焊趾的表面开始，向母材的深处延伸。

（3）焊根裂纹沿应力集中的焊缝根部所形成的焊接冷裂纹。其走向从焊缝根部开始，伸向热影响区或焊缝中。

形成冷裂纹的三大因素是：钢种的淬硬倾向大、焊接接头的含氢量高和结构的焊接应力大。特别是由氢促使形成的冷裂纹往往具有延迟的性质，常称为“氢致裂纹”。

11．如何防止产生冷裂纹？

（1）控制焊缝金属的含氢量采用碱性低氢型焊条和焊剂；严格按规定烘干焊条和焊剂；仔细清除焊接区的污物、锈、油、水。

（2）预热减慢接头的冷却速度以降低淬硬倾向。

（3）后热（消氢处理）后热是指焊接结束或焊完一条焊缝后，将焊件或焊接区立即加热到150～250℃，并保温一段时间。消氢处理是在300～400℃加热温度内进行。两者均能促使氢逸出，但消氢处理效果更好。

（4）采用较大的焊接线能量减慢接头的冷却速度。但线能量太大时，会促使热影响区形成过热组织，所以应适当控制，不能无限制地增大。

（5）采用奥氏体不锈钢焊条因奥氏体组织塑性好，可减少焊接应力，并能溶解较多的氢，所以可用来焊接淬硬倾向较强的低合金高强钢，避免产生冷裂纹。

12．什么是再热裂纹？防止产生再热裂纹的方法有哪些？

焊后焊件在一定温度范围内再次加热（消除应力热处理或其它加热过程）而产生的裂纹称为再热裂纹。再热裂纹通常发生在熔合线附近的粗晶区中，从焊趾部位开始，延向细晶区停止。

钢中Cr、Mo、V、Nb、Ti等元素会促使形成再热裂纹，其影响可用下式表示

△G′＝Cr+3.3Mo+8.1V+10C-2

△G′＞2时，对再热裂纹敏感；1.5＜△G′＜2时，一般；△G′＜1.5时，对再热裂纹不敏感。

防止产生再热裂纹的方法：

（1）预热预热温度为200～450℃。若焊后能及时后热，可适当降低预热温度。例如，18MnMoNb钢焊后在180℃热处理2h，预热温度可降低至180℃。

（2）应用低强度焊缝使焊缝强度低于母材以增高其塑性变形能力。

（3）减少焊接应力合理地安排焊接顺序、减少余高、避免咬边及根部未焊透等缺陷以减少焊接应力。

13．什么是层状撕裂？防止层状撕裂的方法有哪些？

焊接时，在焊接构件中沿钢板轧层形成的呈阶梯状的一种裂纹称为层状撕裂。层状撕裂经常发生在T形接头和角接接头中，其走向与钢板表面相平行见图2，图中箭头表示接头的受力方向。

产生层状撕裂的原因是在轧制钢板中存在硫化物、氧化物和硅酸盐等低熔点非金属夹杂物，其中尤以硫化物的作用为主，在轧制过程中被延展成片状，分布在与表面平行的各层中，在垂直于厚度方向的焊接应力作用下，夹杂物首先开裂并扩展，以后这种开裂在各层之间相断发生，连成一体，造成层状撕裂的阶梯性。

防止层状撕裂的方法：

1)严格控制钢材的含硫量。

2)采用强度级别较低的焊接材料。

3)在与焊缝相连接的钢板表面堆焊几层低强度焊缝金属作为过渡层，以避免夹杂物处于高温区。

4)预热和使用低氢焊条。

14．常用的抗裂性试验方法有哪些？

常用的抗裂性试验方法，见表7。

表7 抗裂性试验方法